MIPS: KVM: Dynamically choose scratch registers

Scratch cop0 registers are needed by KVM to be able to save/restore all
the GPRs, including k0/k1, and for storing the VCPU pointer. However no
registers are universally suitable for these purposes, so the decision
should be made at runtime.

Until now, we've used DDATA_LO to store the VCPU pointer, and ErrorEPC
as a temporary. It could be argued that this is abuse of those
registers, and DDATA_LO is known not to be usable on certain
implementations (Cavium Octeon). If KScratch registers are present, use
them instead.

We save & restore the temporary register in addition to the VCPU pointer
register when using a KScratch register for it, as it may be used for
normal host TLB handling too.

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MIPS: KVM: Drop redundant restore of DDATA_LO

On return from the exit handler to the host (without re-entering the
guest) we restore the saved value of the DDATA_LO register which we use
as a scratch register. However we've already restored it ready for
calling the exit handler so there is no need to do it again, so drop
that code.

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MIPS: KVM: Check MSA presence at uasm time

Check for presence of MSA at uasm assembly time rather than at runtime
in the generated KVM host entry code. This optimises the guest exit path
by eliminating the MSA code entirely if not present, and eliminating the
read of Config3.MSAP and conditional branch if MSA is present.

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MIPS: KVM: Omit FPU handling entry code if possible

The FPU handling code on entry from guest is unnecessary if no FPU is
present, so allow it to be dropped at uasm assembly time.

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MIPS: KVM: Drop now unused asm offsets

Now that locore.S is converted to uasm, remove a bunch of the assembly
offset definitions created by asm-offsets.c, including the CPUINFO_ ones
for reading the variable asid mask, and the non FPU/MSA related VCPU_
definitions. KVM's fpu.S and msa.S still use the remaining definitions.

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MIPS: KVM: Add dumping of generated entry code

Dump the generated entry code with pr_debug(), similar to how it is done
in tlbex.c, so it can be more easily debugged.

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MIPS; KVM: Convert exception entry to uasm

Convert the whole of locore.S (assembly to enter guest and handle
exception entry) to be generated dynamically with uasm. This is done
with minimal changes to the resulting code.

The main changes are:
- Some constants are generated by uasm using LUI+ADDIU instead of
  LUI+ORI.
- Loading of lo and hi are swapped around in vcpu_run but not when
  resuming the guest after an exit. Both bits of logic are now generated
  by the same code.
- Register MOVEs in uasm use different ADDU operand ordering to GNU as,
  putting zero register into rs instead of rt.
- The JALR.HB to call the C exit handler is switched to JALR, since the
  hazard barrier would appear to be unnecessary.

This will allow further optimisation in the future to dynamically handle
the capabilities of the CPU.

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MIPS: uasm: Add r6 MUL encoding

Add the R6 MUL instruction encoding for 3 operand signed multiply to
uasm so that KVM can use uasm for generating its entry point code at
runtime on R6.

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Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
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Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: uasm: Add MTHI/MTLO instructions

Add MTHI/MTLO instructions for writing to the hi & lo registers to uasm
so that KVM can use uasm for generating its entry point code at runtime.

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Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
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MIPS: uasm: Add DI instruction

Add DI instruction for disabling interrupts to uasm so that KVM can use
uasm for generating its entry point code at runtime.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: uasm: Add CFCMSA/CTCMSA instructions

Add CFCMSA/CTCMSA instructions for accessing MSA control registers to
uasm so that KVM can use uasm for generating its entry point code at
runtime.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: uasm: Add CFC1/CTC1 instructions

Add CFC1/CTC1 instructions for accessing FP control registers to uasm so
that KVM can use uasm for generating its entry point code at runtime.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

Merge tag 'kvm-s390-next-4.8-3' of git://git./linux/kernel/git/kvms390/linux into HEAD

KVM: s390: Fix for kvm/next (4.8) part 3

This contains a fix for PER ifetch events. As we now have a handler
for a problem state instruction (sthyi) that could be stepped with a
debugger we should try to do the right thing regarding PER in our
instruction handlers.  With this fix the handling for intercepted
instructions is fixed in general, thus fixing other oddball cases as
well (e.g. kprobes single stepping)

KVM: x86: Use ARRAY_SIZE instead of dividing sizeof array with sizeof an element

Use ARRAY_SIZE instead of dividing sizeof array with sizeof an element

Signed-off-by: Wei Yongjun <yongjun_wei@trendmicro.com.cn>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: MMU: try to fix up page faults before giving up

The vGPU folks would like to trap the first access to a BAR by setting
vm_ops on the VMAs produced by mmap-ing a VFIO device.  The fault handler
then can use remap_pfn_range to place some non-reserved pages in the VMA.

This kind of VM_PFNMAP mapping is not handled by KVM, but follow_pfn
and fixup_user_fault together help supporting it.  The patch also supports
VM_MIXEDMAP vmas where the pfns are not reserved and thus subject to
reference counting.

Cc: Xiao Guangrong <guangrong.xiao@linux.intel.com>
Cc: Andrea Arcangeli <aarcange@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Tested-by: Neo Jia <cjia@nvidia.com>
Reported-by: Kirti Wankhede <kwankhede@nvidia.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: MMU: prepare to support mapping of VM_IO and VM_PFNMAP frames

Handle VM_IO like VM_PFNMAP, as is common in the rest of Linux; extract
the formula to convert hva->pfn into a new function, which will soon
gain more capabilities.

Cc: Xiao Guangrong <guangrong.xiao@linux.intel.com>
Cc: Andrea Arcangeli <aarcange@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: s390: inject PER i-fetch events on applicable icpts

In case we have to emuluate an instruction or part of it (instruction,
partial instruction, operation exception), we have to inject a PER
instruction-fetching event for that instruction, if hardware told us to do
so.

In case we retry an instruction, we must not inject the PER event.

Please note that we don't filter the events properly yet, so guest
debugging will be visible for the guest.

Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: vmx: fix missed cancellation of TSC deadline timer

INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
 1-...: (11800 GPs behind) idle=45d/140000000000000/0 softirq=0/0 fqs=21663
 (detected by 0, t=65016 jiffies, g=11500, c=11499, q=719)
Task dump for CPU 1:
qemu-system-x86 R  running task        0  3529   3525 0x00080808
 ffff8802021791a0 ffff880212895040 0000000000000001 00007f1c2c00db40
 ffff8801dd20fcd3 ffffc90002b98000 ffff8801dd20fc88 ffff8801dd20fcf8
 0000000000000286 ffff8801dd2ac538 ffff8801dd20fcc0 ffffffffc06949c9
Call Trace:
? kvm_write_guest_cached+0xb9/0x160 [kvm]
? __delay+0xf/0x20
? wait_lapic_expire+0x14a/0x200 [kvm]
? kvm_arch_vcpu_ioctl_run+0xcbe/0x1b00 [kvm]
? kvm_arch_vcpu_ioctl_run+0xe34/0x1b00 [kvm]
? kvm_vcpu_ioctl+0x2d3/0x7c0 [kvm]
? __fget+0x5/0x210
? do_vfs_ioctl+0x96/0x6a0
? __fget_light+0x2a/0x90
? SyS_ioctl+0x79/0x90
? do_syscall_64+0x7c/0x1e0
? entry_SYSCALL64_slow_path+0x25/0x25

This can be reproduced readily by running a full dynticks guest(since hrtimer
in guest is heavily used) w/ lapic_timer_advance disabled.

If fail to program hardware preemption timer, we will fallback to hrtimer based
method, however, a previous programmed preemption timer miss to cancel in this
scenario which results in one hardware preemption timer and one hrtimer emulated
tsc deadline timer run simultaneously. So sometimes the target guest deadline
tsc is earlier than guest tsc, which leads to the computation in vmx_set_hv_timer
can underflow and cause delta_tsc to be set a huge value, then host soft lockup
as above.

This patch fix it by cancelling the previous programmed preemption timer if there
is once we failed to program the new preemption timer and fallback to hrtimer
based method.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpeng.li@hotmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: introduce cancel_hv_tscdeadline

Introduce cancel_hv_tscdeadline() to encapsulate preemption
timer cancel stuff.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpeng.li@hotmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: vmx: fix underflow in TSC deadline calculation

If the TSC deadline timer is programmed really close to the deadline or
even in the past, the computation in vmx_set_hv_timer can underflow and
cause delta_tsc to be set to a huge value.  This generally results
in vmx_set_hv_timer returning -ERANGE, but we can fix it by limiting
delta_tsc to be positive or zero.

Reported-by: Wanpeng Li <wanpeng.li@hotmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: use guest_exit_irqoff

This gains a few clock cycles per vmexit.  On Intel there is no need
anymore to enable the interrupts in vmx_handle_external_intr, since
we are using the "acknowledge interrupt on exit" feature.  AMD
needs to do that, and must be careful to avoid the interrupt shadow.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: always use "acknowledge interrupt on exit"

This is necessary to simplify handle_external_intr in the next patch.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: remove kvm_guest_enter/exit wrappers

Use the functions from context_tracking.h directly.

Cc: Andy Lutomirski <luto@kernel.org>
Cc: Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>
Cc: H. Peter Anvin <hpa@zytor.com>
Cc: Ingo Molnar <mingo@kernel.org>
Cc: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
Reviewed-by: Rik van Riel <riel@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

context_tracking: move rcu_virt_note_context_switch out of kvm_host.h

Make kvm_guest_{enter,exit} and __kvm_guest_{enter,exit} trivial wrappers
around the code in context_tracking.h.  Name the context_tracking.h functions
consistently with what those for kernel<->user switch.

Cc: Andy Lutomirski <luto@kernel.org>
Cc: Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>
Cc: H. Peter Anvin <hpa@zytor.com>
Cc: Ingo Molnar <mingo@kernel.org>
Cc: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
Reviewed-by: Rik van Riel <riel@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Combine entry trace events into class

Combine the kvm_enter, kvm_reenter and kvm_out trace events into a
single kvm_transition event class to reduce duplication and bloat.

Suggested-by: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Fixes: 93258604ab6d ("MIPS: KVM: Add guest mode switch trace events")
Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim KrÄ\8dmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Cc: Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: x86: use getboottime64

KVM reads the current boottime value as a struct timespec in order to
calculate the guest wallclock time, resulting in an overflow in 2038
on 32-bit systems.

The data then gets passed as an unsigned 32-bit number to the guest,
and that in turn overflows in 2106.

We cannot do much about the second overflow, which affects both 32-bit
and 64-bit hosts, but we can ensure that they both behave the same
way and don't overflow until 2106, by using getboottime64() to read
a timespec64 value.

Signed-off-by: Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: enable guest access to LMCE related MSRs

On Intel platforms, this patch adds LMCE to KVM MCE supported
capabilities and handles guest access to LMCE related MSRs.

Signed-off-by: Ashok Raj <ashok.raj@intel.com>
[Haozhong: macro KVM_MCE_CAP_SUPPORTED => variable kvm_mce_cap_supported
           Only enable LMCE on Intel platform
           Check MSR_IA32_FEATURE_CONTROL when handling guest
             access to MSR_IA32_MCG_EXT_CTL]
Signed-off-by: Haozhong Zhang <haozhong.zhang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: validate individual bits of guest MSR_IA32_FEATURE_CONTROL

KVM currently does not check the value written to guest
MSR_IA32_FEATURE_CONTROL, though bits corresponding to disabled features
may be set. This patch makes KVM to validate individual bits written to
guest MSR_IA32_FEATURE_CONTROL according to enabled features.

Signed-off-by: Haozhong Zhang <haozhong.zhang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: move msr_ia32_feature_control to vcpu_vmx

msr_ia32_feature_control will be used for LMCE and not depend only on
nested anymore, so move it from struct nested_vmx to struct vcpu_vmx.

Signed-off-by: Haozhong Zhang <haozhong.zhang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

Merge tag 'kvm-s390-next-4.8-2' of git://git./linux/kernel/git/kvms390/linux into HEAD

KVM: s390: vSIE (nested virtualization) feature for 4.8 (kvm/next)

With an updated QEMU this allows to create nested KVM guests
(KVM under KVM) on s390.

s390 memory management changes from Martin Schwidefsky or
acked by Martin. One common code memory management change (pageref)
acked by Andrew Morton.

The feature has to be enabled with the nested medule parameter.

KVM: s390: vsie: add module parameter "nested"

Let's be careful first and allow nested virtualization only if enabled
by the system administrator. In addition, user space still has to
explicitly enable it via SCLP features for it to work.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: add indication for future features

We have certain SIE features that we cannot support for now.
Let's add these features, so user space can directly prepare to enable
them, so we don't have to update yet another component.

In addition, add a comment block, telling why it is for now not possible to
forward/enable these features.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: correctly set and handle guest TOD

Guest 2 sets up the epoch of guest 3 from his point of view. Therefore,
we have to add the guest 2 epoch to the guest 3 epoch. We also have to take
care of guest 2 epoch changes on STP syncs. This will work just fine by
also updating the guest 3 epoch when a vsie_block has been set for a VCPU.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: speed up VCPU external calls

Whenever a SIGP external call is injected via the SIGP external call
interpretation facility, the VCPU is not kicked. When a VCPU is currently
in the VSIE, the external call might not be processed immediately.

Therefore we have to provoke partial execution exceptions, which leads to a
kick of the VCPU and therefore also kick out of VSIE. This is done by
simulating the WAIT state. This bit has no other side effects.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: don't use CPUSTAT_WAIT to detect if a VCPU is idle

As we want to make use of CPUSTAT_WAIT also when a VCPU is not idle but
to force interception of external calls, let's check in the bitmap instead.

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KVM: s390: vsie: speed up VCPU irq delivery when handling vsie

Whenever we want to wake up a VCPU (e.g. when injecting an IRQ), we
have to kick it out of vsie, so the request will be handled faster.

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KVM: s390: vsie: try to refault after a reported fault to g2

We can avoid one unneeded SIE entry after we reported a fault to g2.
Theoretically, g2 resolves the fault and we can create the shadow mapping
directly, instead of failing again when entering the SIE.

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KVM: s390: vsie: support IBS interpretation

We can easily enable ibs for guest 2, so he can use it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support conditional-external-interception

We can easily enable cei for guest 2, so he can use it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support intervention-bypass

We can easily enable intervention bypass for guest 2, so it can use it
for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support guest-storage-limit-suppression

We can easily forward guest-storage-limit-suppression if available.

One thing to care about is keeping the prefix properly mapped when
gsls in toggled on/off or the mso changes in between. Therefore we better
remap the prefix on any mso changes just like we already do with the
prefix.

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KVM: s390: vsie: support guest-PER-enhancement

We can easily forward the guest-PER-enhancement facility to guest 2 if
available.

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KVM: s390: vsie: support shared IPTE-interlock facility

As we forward the whole SCA provided by guest 2, we can directly forward
SIIF if available.

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KVM: s390: vsie: support 64-bit-SCAO

Let's provide the 64-bit-SCAO facility to guest 2, so he can set up a SCA
for guest 3 that has a 64 bit address. Please note that we already require
the 64 bit SCAO for our vsie implementation, in order to forward the SCA
directly (by pinning the page).

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KVM: s390: vsie: support run-time-instrumentation

As soon as guest 2 is allowed to use run-time-instrumentation (indicated
via via STFLE), it can also enable it for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support vectory facility (SIMD)

As soon as guest 2 is allowed to use the vector facility (indicated via
STFLE), it can also enable it for guest 3. We have to take care of the
sattellite block that might be used when not relying on lazy vector
copying (not the case for KVM).

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KVM: s390: vsie: support transactional execution

As soon as guest 2 is allowed to use transactional execution (indicated via
STFLE), he can also enable it for guest 3.

Active transactional execution requires also the second prefix page to be
mapped. If that page cannot be mapped, a validity icpt has to be presented
to the guest.

We have to take care of tx being toggled on/off, otherwise we might get
wrong prefix validity icpt.

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KVM: s390: vsie: support aes dea wrapping keys

As soon as message-security-assist extension 3 is enabled for guest 2,
we have to allow key wrapping for guest 3.

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KVM: s390: vsie: support STFLE interpretation

Issuing STFLE is extremely rare. Instead of copying 2k on every
VSIE call, let's do this lazily, when a guest 3 tries to execute
STFLE. We can setup the block and retry.

Unfortunately, we can't directly forward that facility list, as
we only have a 31 bit address for the facility list designation.
So let's use a DMA allocation for our vsie_page instead for now.

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KVM: s390: vsie: support host-protection-interruption

Introduced with ESOP, therefore available for the guest if it
is allowed to use ESOP.

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KVM: s390: vsie: support edat1 / edat2

If guest 2 is allowed to use edat 1 / edat 2, it can also set it up for
guest 3, so let's properly check and forward the edat cpuflags.

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Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: support setting the ibc

As soon as we forward an ibc to guest 2 (indicated via
kvm->arch.model.ibc), he can also use it for guest 3. Let's properly round
the ibc up/down, so we avoid any potential validity icpts from the
underlying SIE, if it doesn't simply round the values.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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KVM: s390: vsie: optimize gmap prefix mapping

In order to not always map the prefix, we have to take care of certain
aspects that implicitly unmap the prefix:
- Changes to the prefix address
- Changes to MSO, because the HVA of the prefix is changed
- Changes of the gmap shadow (e.g. unshadowed, asce or edat changes)

By properly handling these cases, we can stop remapping the prefix when
there is no reason to do so.

This also allows us now to not acquire any gmap shadow locks when
rerunning the vsie and still having a valid gmap shadow.

Please note, to detect changing gmap shadows, we have to keep the reference
of the gmap shadow. The address of a gmap shadow does otherwise not
reliably indicate if the gmap shadow has changed (the memory chunk
could get reused).

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: vsie: initial support for nested virtualization

This patch adds basic support for nested virtualization on s390x, called
VSIE (virtual SIE) and allows it to be used by the guest if the necessary
facilities are supported by the hardware and enabled for the guest.

In order to make this work, we have to shadow the sie control block
provided by guest 2. In order to gain some performance, we have to
reuse the same shadow blocks as good as possible. For now, we allow
as many shadow blocks as we have VCPUs (that way, every VCPU can run the
VSIE concurrently).

We have to watch out for the prefix getting unmapped out of our shadow
gmap and properly get the VCPU out of VSIE in that case, to fault the
prefix pages back in. We use the PROG_REQUEST bit for that purpose.

This patch is based on an initial prototype by Tobias Elpelt.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

mm/page_ref: introduce page_ref_inc_return

Let's introduce that helper.

Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Acked-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390: introduce page_to_virt() and pfn_to_virt()

Acked-by: Heiko Carstens <heiko.carstens@de.ibm.com>
Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: backup the currently enabled gmap when scheduled out

Nested virtualization will have to enable own gmaps. Current code
would enable the wrong gmap whenever scheduled out and back in,
therefore resulting in the wrong gmap being enabled.

This patch reenables the last enabled gmap, therefore avoiding having to
touch vcpu->arch.gmap when enabling a different gmap.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

KVM: s390: fast path for shadow gmaps in gmap notifier

The default kvm gmap notifier doesn't have to handle shadow gmaps.
So let's just directly exit in case we get notified about one.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: don't fault everything in read-write in gmap_pte_op_fixup()

Let's not fault in everything in read-write but limit it to read-only
where possible.

When restricting access rights, we already have the required protection
level in our hands. When reading from guest 2 storage (gmap_read_table),
it is obviously PROT_READ. When shadowing a pte, the required protection
level is given via the guest 2 provided pte.

Based on an initial patch by Martin Schwidefsky.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
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s390/mm: allow to check if a gmap shadow is valid

It will be very helpful to have a mechanism to check without any locks
if a given gmap shadow is still valid and matches the given properties.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: remember the int code for the last gmap fault

For nested virtualization, we want to know if we are handling a protection
exception, because these can directly be forwarded to the guest without
additional checks.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: limit number of real-space gmap shadows

We have no known user of real-space designation and only support it to
be architecture compliant.

Gmap shadows with real-space designation are never unshadowed
automatically, as there is nothing to protect for the top level table.

So let's simply limit the number of such shadows to one by removing
existing ones on creation of another one.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
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s390/mm: support real-space for gmap shadows

We can easily support real-space designation just like EDAT1 and EDAT2.
So guest2 can provide for guest3 an asce with the real-space control being
set.

We simply have to allocate the biggest page table possible and fake all
levels.

There is no protection to consider. If we exceed guest memory, vsie code
will inject an addressing exception (via program intercept). In the future,
we could limit the fake table level to the gmap page table.

As the top level page table can never go away, such gmap shadows will never
get unshadowed, we'll have to come up with another way to limit the number
of kept gmap shadows.

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s390/mm: push rte protection down to shadow pte

Just like we already do with ste protection, let's take rte protection
into account. This way, the host pte doesn't have to be mapped writable.

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s390/mm: support EDAT2 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT2, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT2.

If guest2 references a 2GB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it does not have to be so for us. Therefore we have to create fake
segment and page tables.

This works just like EDAT1 support, so page tables are removed when the
parent table (r3t table entry) is changed.

We don't hve to care about:
- ACCF-Validity Control in RTTE
- Access-Control Bits in RTTE
- Fetch-Protection Bit in RTTE
- Common-Region Bit in RTTE

Just like for EDAT1, all bits might be dropped and there is no guaranteed
that they are active.

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s390/mm: support EDAT1 for gmap shadows

If the guest is enabled for EDAT1, we can easily create shadows for
guest2 -> guest3 provided tables that make use of EDAT1.

If guest2 references a 1MB page, this memory looks consecutive for guest2,
but it might not be so for us. Therefore we have to create fake page tables.

We can easily add that to our existing infrastructure. The invalidation
mechanism will make sure that fake page tables are removed when the parent
table (sgt table entry) is changed.

As EDAT1 also introduced protection on all page table levels, we have to
also shadow these correctly.

We don't have to care about:
- ACCF-Validity Control in STE
- Access-Control Bits in STE
- Fetch-Protection Bit in STE
- Common-Segment Bit in STE

As all bits might be dropped and there is no guaranteed that they are
active ("unpredictable whether the CPU uses these bits", "may be used").
Without using EDAT1 in the shadow ourselfes (STE-format control == 0),
simply shadowing these bits would not be enough. They would be ignored.

Please note that we are using the "fake" flag to make this look consistent
with further changes (EDAT2, real-space designation support) and don't let
the shadow functions handle fc=1 stes.

In the future, with huge pages in the host, gmap_shadow_pgt() could simply
try to map a huge host page if "fake" is set to one and indicate via return
value that no lower fake tables / shadow ptes are required.

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s390/mm: prepare for EDAT1/EDAT2 support in gmap shadow

In preparation for EDAT1/EDAT2 support for gmap shadows, we have to store
the requested edat level in the gmap shadow.

The edat level used during shadow translation is a property of the gmap
shadow. Depending on that level, the gmap shadow will look differently for
the same guest tables. We have to store it internally in order to support
it later.

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s390/mm: push ste protection down to shadow pte

If a guest ste is read-only, it doesn't make sense to force the ptes in as
writable in the host. If the source page is read-only in the host, it won't
have to be made writable. Please note that if the source page is not
available, it will still be faulted in writable. This can be changed
internally later on.

If ste protection is removed, underlying shadow tables are also removed,
therefore this change does not affect the guest.

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s390/mm: take ipte_lock during shadow faults

Let's take the ipte_lock while working on guest 2 provided page table, just
like the other gaccess functions.

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s390/mm: protection exceptions are corrrectly shadowed

As gmap shadows contains correct protection permissions, protection
exceptons can directly be forwarded to guest 3. If we would encounter
a protection exception while faulting, the next guest 3 run will
automatically handle that for us.

Keep the dat_protection logic in place, as it will be helpful later.

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s390/mm: take the mmap_sem in kvm_s390_shadow_fault()

Instead of doing it in the caller, let's just take the mmap_sem
in kvm_s390_shadow_fault(). By taking it as read, we allow parallel
faulting on shadow page tables, gmap shadow code is prepared for that.

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s390/mm: fix races on gmap_shadow creation

Before any thread is allowed to use a gmap_shadow, it has to be fully
initialized. However, for invalidation to work properly, we have to
register the new gmap_shadow before we protect the parent gmap table.

Because locking is tricky, and we have to avoid duplicate gmaps, let's
introduce an initialized field, that signalizes other threads if that
gmap_shadow can already be used or if they have to retry.

Let's properly return errors using ERR_PTR() instead of simply returning
NULL, so a caller can properly react on the error.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: avoid races on region/segment/page table shadowing

We have to unlock sg->guest_table_lock in order to call
gmap_protect_rmap(). If we sleep just before that call, another VCPU
might pick up that shadowed page table (while it is not protected yet)
and use it.

In order to avoid these races, we have to introduce a third state -
"origin set but still invalid" for an entry. This way, we can avoid
another thread already using the entry before the table is fully protected.
As soon as everything is set up, we can clear the invalid bit - if we
had no race with the unshadowing code.

Suggested-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: shadow pages with real guest requested protection

We really want to avoid manually handling protection for nested
virtualization. By shadowing pages with the protection the guest asked us
for, the SIE can handle most protection-related actions for us (e.g.
special handling for MVPG) and we can directly forward protection
exceptions to the guest.

PTEs will now always be shadowed with the correct _PAGE_PROTECT flag.
Unshadowing will take care of any guest changes to the parent PTE and
any host changes to the host PTE. If the host PTE doesn't have the
fitting access rights or is not available, we have to fix it up.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: flush tlb of shadows in all situations

For now, the tlb of shadow gmap is only flushed when the parent is removed,
not when it is removed upfront. Therefore other shadow gmaps can reuse the
tables without the tlb getting flushed.

Fix this by simply flushing the tlb
1. Before the shadow tables are removed (analogouos to other unshadow functions)
2. When the gmap is freed and therefore the top level pages are freed.

Acked-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add kvm shadow fault function

This patch introduces function kvm_s390_shadow_fault() used to resolve a
fault on a shadow gmap. This function will do validity checking and
build up the shadow page table hierarchy in order to fault in the
requested page into the shadow page table structure.

If an exception occurs while shadowing, guest 2 has to be notified about
it using either an exception or a program interrupt intercept. If
concurrent unshadowing occurres, this function will simply return with
-EAGAIN and the caller has to retry.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add shadow gmap support

For a nested KVM guest the outer KVM host needs to create shadow
page tables for the nested guest. This patch adds the basic support
to the guest address space (gmap) code.

For each guest address space the inner KVM host creates, the first
outer KVM host needs to create shadow page tables. The address space
is identified by the ASCE loaded into the control register 1 at the
time the inner SIE instruction for the second nested KVM guest is
executed. The outer KVM host creates the shadow tables starting with
the table identified by the ASCE on a on-demand basis. The outer KVM
host will get repeated faults for all the shadow tables needed to
run the second KVM guest.

While a shadow page table for the second KVM guest is active the access
to the origin region, segment and page tables needs to be restricted
for the first KVM guest. For region and segment and page tables the first
KVM guest may read the memory, but write attempt has to lead to an
unshadow.  This is done using the page invalid and read-only bits in the
page table of the first KVM guest. If the first guest re-accesses one of
the origin pages of a shadow, it gets a fault and the affected parts of
the shadow page table hierarchy needs to be removed again.

PGSTE tables don't have to be shadowed, as all interpretation assist can't
deal with the invalid bits in the shadow pte being set differently than
the original ones provided by the first KVM guest.

Many bug fixes and improvements by David Hildenbrand.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: add reference counter to gmap structure

Let's use a reference counter mechanism to control the lifetime of
gmap structures. This will be needed for further changes related to
gmap shadows.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: extended gmap pte notifier

The current gmap pte notifier forces a pte into to a read-write state.
If the pte is invalidated the gmap notifier is called to inform KVM
that the mapping will go away.

Extend this approach to allow read-write, read-only and no-access
as possible target states and call the pte notifier for any change
to the pte.

This mechanism is used to temporarily set specific access rights for
a pte without doing the heavy work of a true mprotect call.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/mm: use RCU for gmap notifier list and the per-mm gmap list

The gmap notifier list and the gmap list in the mm_struct change rarely.
Use RCU to optimize the reader of these lists.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

s390/kvm: page table invalidation notifier

Pass an address range to the page table invalidation notifier
for KVM. This allows to notify changes that affect a larger
virtual memory area, e.g. for 1MB pages.

Reviewed-by: David Hildenbrand <dahi@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
Signed-off-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>

kvm: vmx: hook preemption timer support

Hook the VMX preemption timer to the "hv timer" functionality added
by the previous patch.  This includes: checking if the feature is
supported, if the feature is broken on the CPU, the hooks to
setup/clean the VMX preemption timer, arming the timer on vmentry
and handling the vmexit.

A module parameter states if the VMX preemption timer should be
utilized.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
[Move hv_deadline_tsc to struct vcpu_vmx, use -1 as the "unset" value.
 Put all VMX bits here.  Enable it by default #yolo. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: vmx: rename vmx_pre/post_block to pi_pre/post_block

Prepare to switch from preemption timer to hrtimer in the
vmx_pre/post_block. Current functions are only for posted interrupt,
rename them accordingly.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: support using the vmx preemption timer for tsc deadline timer

The VMX preemption timer can be used to virtualize the TSC deadline timer.
The VMX preemption timer is armed when the vCPU is running, and a VMExit
will happen if the virtual TSC deadline timer expires.

When the vCPU thread is blocked because of HLT, KVM will switch to use
an hrtimer, and then go back to the VMX preemption timer when the vCPU
thread is unblocked.

This solution avoids the complex OS's hrtimer system, and the host
timer interrupt handling cost, replacing them with a little math
(for guest->host TSC and host TSC->preemption timer conversion)
and a cheaper VMexit.  This benefits latency for isolated pCPUs.

[A word about performance... Yunhong reported a 30% reduction in average
 latency from cyclictest.  I made a similar test with tscdeadline_latency
 from kvm-unit-tests, and measured

 - ~20 clock cycles loss (out of ~3200, so less than 1% but still
   statistically significant) in the worst case where the test halts
   just after programming the TSC deadline timer

 - ~800 clock cycles gain (25% reduction in latency) in the best case
   where the test busy waits.

 I removed the VMX bits from Yunhong's patch, to concentrate them in the
 next patch - Paolo]

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: lapic: separate start_sw_tscdeadline from start_apic_timer

The function to start the tsc deadline timer virtualization will be used
also by the pre_block hook when we use the preemption timer; change it
to a separate function. No logic changes.

Signed-off-by: Yunhong Jiang <yunhong.jiang@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: s390: use kvm->created_vcpus

The new created_vcpus field avoids possible races between enabling
capabilities and creating VCPUs.

Acked-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: remove kvm_vcpu_compatible

The new created_vcpus field makes it possible to avoid the race between
irqchip and VCPU creation in a much nicer way; just check under kvm->lock
whether a VCPU has already been created.

We can then remove KVM_APIC_ARCHITECTURE too, because at this point the
symbol is only governing the default definition of kvm_vcpu_compatible.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: introduce kvm->created_vcpus

The race between creating the irqchip and the first VCPU is
currently fixed by checking the presence of an irqchip before
updating kvm->online_vcpus, and undoing the whole VCPU creation
if someone created the irqchip in the meanwhile.

Instead, introduce a new field in struct kvm that will count VCPUs
under a mutex, without the atomic access and memory ordering that we
need elsewhere to protect the vcpus array.  This also plugs the race
and is more easily applicable in all similar circumstances.

Reviewed-by: Cornelia Huck <cornelia.huck@de.ibm.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/kvm/svm: Simplify cpu_has_svm()

Use already cached CPUID information instead of querying CPUID again.

No functionality change.

Signed-off-by: Borislav Petkov <bp@suse.de>
Cc: Joerg Roedel <joro@8bytes.org>
Cc: kvm@vger.kernel.org
Cc: x86@kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Use mipsregs.h defs for config registers

Convert MIPS KVM guest register state initialisation to use the standard
<asm/mipsregs.h> register field definitions for Config registers, and
drop the custom definitions in kvm_host.h which it was using before.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Report more accurate CP0_Config fields to guest

Initialise the guest's CP0_Config register with a few more bits of
information from the host. The BE bit should be set on big endian
machines, the VI bit should be set on machines with a virtually tagged
instruction cache, and the reported architecture revision should match
that of the host (since we won't support emulating pre-r6 instruction
encodings on r6 or vice versa).

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: Add define for Config.VI (virtual icache) bit

The Config.VI bit specifies that the instruction cache is virtually
tagged, which is checked in c-r4k.c's probe_pcache(). Add a proper
definition for it in mipsregs.h and make use of it.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Use host CCA for TLB mappings

KVM TLB mappings for the guest were being created with a cache coherency
attribute (CCA) of 3, which is cached incoherent. Create them instead
with the default host CCA, which should be the correct one for coherency
on SMP systems.

Signed-off-by: James Hogan <james.hogan@imgtec.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: linux-mips@linux-mips.org
Cc: kvm@vger.kernel.org
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

MIPS: KVM: Move commpage so 0x0 is unmapped

The comm page which is mapped into the guest kernel address space at
0x0 has the unfortunate side effect of allowing guest kernel NULL
pointer dereferences to succeed. The only constraint on this address is
that it must be within 32KiB of 0x0, so that single lw/sw instructions
(which have 16-bit signed offset fields) can be used to access it, using
the zero register as a base.

So lets move the comm page as high as possible within that constraint so
that 0x0 can be left unmapped, at least for page sizes < 32KiB.

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MIPS: KVM: Add KScratch registers

Allow up to 6 KVM guest KScratch registers to be enabled and accessed
via the KVM guest register API and from the guest itself (the fallback
reading and writing of commpage registers is sufficient for KScratch
registers to work as expected).

User mode can expose the registers by setting the appropriate bits of
the guest Config4.KScrExist field. KScratch registers that aren't usable
won't be writeable via the KVM Ioctl API.

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MIPS: KVM: Emulate RDHWR CPUNum register

Actually provide the VCPU number when emulating the RDHWR CPUNum
register, so that it will match the CPUNum field of CP0_EBase register,
rather than always returning 0.

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MIPS: KVM: Allow ULRI to restrict UserLocal register

The ULRI bit in Config3 specifies whether the UserLocal register is
implemented, but it is assumed to always be set. Now that the Config
registers can be modified by userland, allow Config3.ULRI to be cleared
and check ULRI before allowing the corresponding bit to be set in
HWREna.

In fact any HWREna bits corresponding to unimplemented RDHWR registers
should read as zero and be ignored on write, so we actually prevent
other unimplemented bits being set too.

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MIPS: KVM: Don't hardcode restored HWREna

KVM modifies CP0_HWREna during guest execution so it can trap and
emulate RDHWR instructions, however it always restores the hardcoded
value 0x2000000F. This assumes the presence of the UserLocal register,
and the absence of any implementation dependent or future HW registers.

Fix by exporting the value that traps.c write into CP0_HWREna, and
loading from there instead of hard coding.

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MIPS: Clean up RDHWR handling

No preprocessor definitions are used in the handling of the registers
accessible with the RDHWR instruction, nor the corresponding bits in the
CP0 HWREna register.

Add definitions for both the register numbers (MIPS_HWR_*) and HWREna
bits (MIPS_HWRENA_*) in asm/mipsregs.h and make use of them in the
initialisation of HWREna and emulation of the RDHWR instruction.

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Acked-by: Ralf Baechle <ralf@linux-mips.org>
Cc: David Daney <david.daney@cavium.com>
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MIPS: KVM: List FPU/MSA registers

Make KVM_GET_REG_LIST list FPU & MSA registers. Specifically we list all
32 vector registers when MSA can be enabled, 32 single-precision FP
registers when FPU can be enabled, and either 16 or 32 double-precision
FP registers when FPU can be enabled depending on whether FR mode is
supported (which provides 32 doubles instead of 16 even doubles).

Note, these registers may still be inaccessible depending on the current
FP mode of the guest.

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